Шпаргалка по "Неорганической химии"

Химиялық тепе-теңдік кезінде реакцилар тоқтамай, тек қарама-қарсы реакциялардың жылдамдықтары ғана теңесетін процесс болғандықтан оны жылжымалы динамикалықтепе-теңдік дейміз. Тепе-теңдікке келген жүйені, жағдайын өзгертпесе, қанша да болса ұзақ уақыт сақтауға болады. Ал, реакцияға қатынасушы заттың біреуінің болса а концентрациялары болмашы өзгертсек болғаны, тепе-теңдігіміз бұзылып, ауып, басқа заттардың барлығының концентрациялары өзгере бастайды. Тепе-теңдіктің бұзылуынан концентрациялардың өзгеру процесінтепе-теңдіктің аууы не ығысуы дейді.

Ле-Шателье принципі. Химиялық тепе-теңдік тұрақты жағдайда ғана қалпында болады. Жағдайын-концентрацияны, температураны, қысымды-өзгертсе, тепе-теңдік бұзылып, тіке немесе кері реакцияның бағытына қарай ауып ығысады. температура мен қысымды өзгертудің тепе-теңдікке тигізетін әсерімен танысайық. Жағдайын өзгерткенен химиялық тепе-теңдіктің ығысуының тәртібі Ле -Шателье принципі деп аталатын жалпы бір ережеге бағынады. Химиялық тепе-теңдік күйіне келіп тұрған жүйенің жағдайының (концентрация, температура, қысым) біреуін өзгерту, тепе-теңдікті сол өзгертуге қарсы әрекет туғызатын реакция бағытына қарай ығысады.Ле-Шательенің (1887ж) принципі химияға да, физикаға да ортақ жалпы принцип, біз оны бұл арада химиялық тепе-теңдікке температураның әсерін білу үшін Ле-Шателье принципин қолданатын болсақ: Температура көтерілгенде тепе-теңдік эндотермиялық реакция бағытына қарай, ал температура төмендегенде экзотермиялық реакция бағытына қарай ығысады. Мұны Вант-Гофф заңы деп атайды. N2+O2→2NO  Басқаша айтқанда, бұл қайтымды реакциялардың тепе-теңдікке келіп тұрған жағдайында температурасын көтергенде, олар жылу сіңіретін - эндотермиялық реакцияның бағытына қарай ығысады; температурасын төмендетсек, тепе-теңдік жылу шығаратын -экзотермиялық реакцияның бағытына-солға қарай ығысады. Химиялық тепе-теңдікте тұрған заттардың ішінде газ күйіндегі заттар болса, онда тепе-теңдікке қысымның да әсері болады. Ле-Шателье принципіне сәйкес тепе-теңдікте тұрған жүйенің сыртқы қысымын күшейткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны азаятын реакцияның бағытына қарай, демек жүйенің ішкі қысымы кемитін жаққа қарай ығысады. Керісінше, сыртқы қысымды кеміткенде тепе-теңдік жүйедегі молекулалардың жалпы саны көбейетін реакцияның бағытына қарай , яғни ішкі қысымның өсуі жағына қарай ығысады.

Сутегі (латынша Hydrogenium), H – элементтердің периодтық жүйесінің VII тобындағы химиялық элемент, атомдық номері 1, атомдық молекуласы 1,00797.

Ашылу тарихы

Сутекті алғаш Г.Кавендиш зерттеп, оны «жанғыш ауа» деп атаған (1766). А.Лавуазье сутектің қасиеттерін зерттеп, химиялық элементтер тізіміне қосыпты (1787). «Сутек» терминін орыс химигі М.Ф.Соловьев ұсынды (өз тілінде, 1824).

Сутекті алғаш рет мырышпен тұз және күкірт қышқылын әрекеттестіру аркылы 1776 жылы Г. Кавендиш алған. Ол оған «жанғыш ауа» деген ат берген, себебі ол жай заттардың арасындағы өте жанғыш газ. Ал 1783 жылы А. Лавуазье мен Ж. Менье суды термиялық айырып, ол оттек және сутек элементтерінен тұратынын анықтаған, казіргі колданылып жүрген атауын (Hydrogenium- су тудырушы) француз ғалымы А. Штон де Морво берген (1787 жылы). Оның орысша да, қазақша да аттары осы мағынаны білдіреді. 
Табиғатта тұрақты екі изотопы 1Н (протий) және 3Н (тритий) кездеседі, жасанды жолмен радиоактивті изотопы 3Н мен өте тұрақсыз 4Н алынған. Сутек - әлемде көп тараған элемент. Массасы бойынша атмосферадағы сутектің мөлшері 3,5 *10 -6%литосфера мен гидросферада – 1% , суда – 11,9%.

Қасиеттері

Сутек иіссіз, ең жеңіл газ, суда ерімейді, палладий, платина, никель, т.б. металдарда жақсы сіңіреді; балқу t - 259,1 °C, қайнау t – 252,6 °C. Сутектің молекуласы екі атомнан тұрады (Н2), диссоциациялану дәрежесі 35000С-та 20%, ал 50000С-та 96%-ға тең. Тотығу дәрежелері +1,-1.

Асыл (инертті) газдар мен асыл металдардан басқа элементтердің көпшілігімен химиялық қосылыстар түзеді. Күштітотықсыздандырғыш болғандықан

• F2 –мен (қараңғыда - 2520С-та),
• Cl2-мен (жарықта) ,
• O2-мен ( 550 °C –тан жоғары) әрекеттесіп тікелей қосылыстар (HF, HCl, H2O) түзеді. Сутекті көптеген металдардың (Cu, Fe, W, Re, т.б.) оксидтерімен тотықсыздандырады.

Мысалы:

CuO +H2 =Cu + H2O және Fe3O4 +4H2 =3Fe+ + 4H2O, т.б.

Сутек азотпен әрекеттесіп,

• аммиак (N2+3H2=2NH3 ),
• күкіртпен күкіртсутек ( Н2+S=H2O ),
• көміртекпен жоғары температурада метан (C+2H2=CH4) түзеді.

Сілтілік және сілтілік жер металдармен әрекеттесіп гидридтер (LiH, NaH, CaH2, BaH2,т.б.) түзеді. Сутектің аса маңызды реакциясына CO-мен әрекеттесіп, температура, қысым, катализатор әсеріне байланысына әр түрлі органикалық қосылыстар (HCHO, CH3OH т.б.) түзу жатады.

Физикалық қасиеттері

Сутек элементінен тұратын жай зат — сутегі, ол екі атомнан тұрады, формуласы Н2; М(Н2)=2, М=2 г/моль. Бұл түссіз, иіссіз, дәмсіз, өте жеңіл (р=0,09 г/л) газ күйіндегі бейметалл, оның қайнау (-252,76°С) және балқу (-259,2°С) температурасы өте төмен. Суда нашар ериді (100 көлем суда 2 көлем газ (t=20°С).[1]

Сутегінің химиялық қасиеттері

Кәдімгі жағдайда сутегі тұрақты зат, ал қыздырғанда кейбір жай заттармен реакцияға түседі. Сутегі оттегінде көзге көрінбейтін жалынмен су түзе жанады. Бұл үдеріс баяу жүреді.

2Н2+ 02 = 2Н20 + 572кДж

Жай заттардан күрделі зат олардың тікелей әрекеттесуі аркылы алынса синтез деп аталады.

Бұл реакцияны жүргізу үшін калың қабырғалы сынауық алып, оны үшке бөліп сыртынан белгілеп алып, 1 бөлік О2, жәнө 2 бөлік Н2 жинап аламыз да (суды ығыстыру арқылы) оны орамалмен ораймыз. Сынауықтың аузына жанған шырпы апарғанда қопарылыс бере реакция жүреді. Сутегі оттегімен шабытты әрекеттеседі, нәтижесінде су түзіліп, жылу бөлінеді.

V(Н2): V(02) = 2 : 1 болғанда ғана олар қопарылыс береді, сондықтан осындай қатынаста алынған газ қоспасын «күркіреуік газ» деп атайды. Сутегі хлормен реакцияласқанда өткір иісті хлорлы сутек газын береді.

Н2 + Сl2 = 2HCl↑.

Қыздырылған күкірт арқылы сутегін өткізсек, жағымсыз иісті күкіртті сутек газы түзіледі:

Н2+ S H2S↑

Бейметалдардың сутекпен қосылыстарын атау үшін сутекті қосылыс түзуші, элемент атына ды, ді, ты, ті, лы, лі жалғаулары жалғанып, сутек сөзі қосылып оқылады.

Мысалы: HCl - хлорлы сутек; НВr - бромды сутек; H2S - күкіртті сутек; НҒ - фторлы сутек.

Кейбір бейметалдардың сутекті қосылыстарының тарихи қалыптасқан атаулары бар:

• Н20 - су;
• NH3 - аммиак;
• СН4 - метан;
• РН3 - фосфин;
• SiH4 - силан.

Сутегі өте белсендіметалдармен әрекеттескенде гидридтер деп аталатын тұз төрізді қатты заттар түзіледі:

H2+2Na=2NaH натрий гидриді

Н2+Са=СаН2 кальций гидриді

Сутектің металдармен қосылыстарын атау үшін металл атына гидриді деген сөз қосылып оқылады.

Күрделі заттарменәрекеттесуі: Егер мыс (II) оксидін қыздырып, оған сутегін жіберсек мыс оксидінің қара түсі жойылып қызыл түсті мыс бөлінеді:

CuO + Н2 = Н2О+Cu

Бұл реакцияда тотықсыздану үдерісі жүреді, өйткені сутек мыс (II) оксидіндегі оттекті өзіне қосып алады, сөйтіп сутек тотығады, ал мыс тотықсызданады.

Қолданылуы

Өнеркәсіпте сутек метанда конвергенциялау ( ) несмесе суды электролиздеу ( ) арқылы ашылады. Мұнай және химия өнеркәсібінде қосымша өнім ретінде сутек бөлінеді. Лабараторияда сутекті сұйытылған тұз ( ) немесе күкірт (H2SО4) қышқылдарына мырышпен әсер етіп алады. Дүние жүзінде жылына шамамен 350*109 тонна сутек өндіріледі. Сутек, аммиак, тұз қышқылы, жасанды сұйық отын алуда, майларды гидрогенезациялауда, металдарды сутек-оттек жалынында кесуде, мұнай фракцияларын гидротазалау мен гидрокрекингісінде, тағыда басқа қолданылады. Атом энергетикасында изотоптары маңызды орын алады. Сутекті экологиялық таза орын ретінде қолданудын болашағы зор ( ).

Сутегінің алынуы

Сутектің жерде кездесетін ең мол көзі - су,  сондықтан оны өндірісте суды тұракты электр тогының көмеимен айыру арқылы алады: 2Н2O = 2Н2↑ +02 ↑ бұл реакцияны алғаш рет А. Лавузье мен Ж. Менье қыздыру арқылы іске асырған (жоғары бағытталған бағдарша заттың үшқыштығын көрсетеді).

Сутегіні ендірістік мақсатта алудың басқа да тәсілдері бар.

Ал зертханаларда белсенді металдын, (Zn, Mg) қышқылдармен әрекеттесу реакциясы арқылы алады. Көп жағдайда мырышты пайдаланады.  ↑

Бұл реакцияны жүргізу үшін газ өтетін түтігі бар сынауыққа 2-3 түйір мырыш салып, үстіне сұйытылған тұз немесе күкірт (H2S04) қышкылын құямыз. Сонда металл бетінен газ көпіршіктері (Н2) көтеріле бастайды. Бөлінген сутегін судың астында жинауға болады, өйткені сутегі суда нашар ериді немесе ауаны ығыстыру арқылы жинауға болады. Сутегіні жинайтын ыдыс төңкеріліп ұсталуы тиіс. Себебі сутегі ауадан 14,5 есе жеңіл.  Енді осы тәжірибені күкірт қышқылымен жүргізейік:  ↑ Бұл реакцияларда белсенді металл қышқыл құрамындағы сутектің орнын басып тұр, олай болса реакция типі - орын басу.

белсенді металл + қышқыл = тұз + сутек газ

Осылайша алынған сутегінің тазалығы тұрған спирт шамына немесе шырпыға сутек жиналған сынауықты апарамыз, сонда сутегі таза болса баяу «пах» деген дыбыс шығарады, ал таза болмаса (сынауықтағы ауа толығынан ығыспаса) дыбыс қаттырақ естіледі. Сутегіні алу үшін өте белсенді металдар қолданылмайды, ол экономикалық жағынан тиімсіз. Металдың белсенділігі өте жоғары болғанда (К, Na, Са) олар сутекті судың құрамынан да ығыстыра алады: 2Na + 2HOH = 2 NaOH + Н2 ↑

Бұл реакция ете шабытты жүреді, бөлінген сутегінің өсерінен металдың түйіршігі су бетінде айнала қозғалып («жүгіріп») жүреді. Дәл осындай реакция кальцийді алғанда да байқалады. Са+ 2НОН = Са (ОН)2+ Н2↑ Зертханаларда сутегін және басқа да газдарды (С02, H2S, т.б.) қажеттілігіне қарай дүркін-дүркін алып түру үшін арнайы құрылғы қолданылады, ол «Кипп аппараты» деп аталады.

Су

Химиялық қасиеті

Сутек пен оттектің химиялық қосылысы.

• Массалық құрамы: Н —11,19%, О — 88,81%.
• Молекулалық массасы 18,0153. Су планетамыздағы ең көп тараған заттардың бірі; ол үш түрде — бу, су және мұз күйінде ұшырасады; күшті еріткіш.
• Су айдауыш мұнара- елді мекендерді сумен қамтамасыз ету жүйесіндегі су өтімі (шығыны) мен қысымын реттеп отыруға арналған құрылыс. Ол цилиндр тәрізді етіп арнайы болаттан немесе темір-бетоннан жасалған шаннан және оны көтеріп тұратын тіреуіш құрылымнан тұрады. Мұнараның биіктігі 25—30 м-ге, шанының сыйымдылығы ондаған текшелерге жетеді. Тіреуіш кірпіш не ағаштан жасалады. Шан ішіндегі судың қыста катып қалмауы және ластанбауы үшін ол жылу өткізгіштігі төмен жеңіл материалдармен қапталып, үсті шатырмен жабылады.

Судың сапалық құрамы сутек пен оттектен тұратыны, ал сандық құрамы екі сутек атомы мен бір оттек атомынан тұратындығы мәлім.

Судың айырылуы электр тогының әсерінен жүреді, бұл реакциямен сендер сутекті алу әдісі бойынша таныссыңдар:

2H2O→2H2↑+O2↑

Күрделі заттың құрамдас бөліктеріне айырылуы - анализ деп аталады.

[өңдеу]Жай заттармен әрекеттесуі:

I. Судың металдармен әрекеттесу  реакцияларын сутегін ал әдістерінде  қарастырған болатынбыз:

2Na + 2НОН = 2NaOH + Н2↑

Са + 2НОН = Са(ОН)2+ Н2↑

Белсенділігі тым жоғары емес металл сумен әрекеттескенде оның оксиді түзіледі:

Mg + НОН = MgO + H2

Белсенділігі төмен металдар сумен әрекеттеспейді.

II. Бейметалдармен әрекеттесуі: Су  кейбір бейметалдармен де әрекеттесе  алады. Қыздырға көмірге су қоссақ  екі түрлі газ қоспасы түзіледі - ол «су газы» деп аталады:

С + НОН=СО↑+Н2↑

Көмірді жағарда оған су қосып шылайтынын білесіңдер, сонда түзілген екі газ да жанғыш екен. Хлорды суға жібергенде екі қышқылдың қоспасы түзіледі.

Сl2 + НОН = НСlO + HCl

[өңдеу]Күрделі заттармен әрекеттесуі:

I. Активті металдардың оксидтерімен әрекеттесіп гидроксидтер (негіздер) түзеді.

Na20 + Н20 = 2NaOH

Әктасқа су қосқанда оның қайнай бастағанын көреміз, реакция жылу бөле жүреді: СаО + Н20 Са (ОН)2 + Q

Металл оксидтері + су = негіз

II. Кейбір бейметалдардың оксидтері  сумен әрекеттескенде қышқыл  түзеді. Күкірттің бір түйірін  алып жақсак оның оксиді түзіледі:

S + O2 =SO2

Жану өнімін суға жіберсек: S02 + Н20 = H2S03 күкіртті қышқыл түзіледі, көк лакмус қызарады. Дәл осындай реакциялар басқа бейметалдардың да оксидтерімен жүреді. Сl20 + H20 = 2HCl0 N2O3 + H20 = 2HN02

Бейметалл оксидтері + су = қышқыл

III. Белсенділігі жоғары металдардың  гидридтері де сумен әрекеттесіп гидроксидтер береді.

NaH + НОН = NaOH + Н2↑

IV. Кейбір тұздар сумен химиялық  әрекеттесіп кристаллогидраттар  түзеді:

CuS04 + 5H20 = CuS04 * 5H20 мыс купоросы;

FeS04 * 7H20 темір купоросы;

Na2S04 * 10H20 глаубер тұзы.

Ауыр су — судың ауыр изотоптық түрі[1]. Химиялық формуласы HDO немесе D2O. Оны 1932 жылы Америка ғалымдары Г. Юри және Э. Осборн ашқан, алғаш 1933 жылы таза суды электролиздеу арқылы бөлініп алынған. Ауыр су құрамында сутегі атомдарының орнын оның ауыр изотопы — дейтерий басқан. Ауыр су табиғи және атмосфералық сулардың құрамында кездеседі. Өзен мен көл суларында DH арақатынасы І:6800, алтеңіз суларында І:5600 болады. Судың үш изотоптық түрі хим. тепе-теңдікте болады: H2O+ D2O 2HDO. Ауыр судың тығызд. кәдімгі судан 10,77C, тұтқырлығы 23,2C артық. Ауыр судың балқу темп-расы 3,8С; қайнау темп-расы 101,4С. Ауыр суды өнеркәсіпте сұйық сутекті фракциялық айдау кезінде бөлінген дейтерийді тотықтыру арқылы алады. Ауыр су ядролық реакторларда нейтрондарды тежегіш ретінде, ядролық реакцияларға қажетті дейтрондар ( ), басқа да жасанды изотоптар алу үшін қолданылады.